[發(fā)明專利]一種太赫茲有源相控陣的射頻架構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310474992.0
• 申請(qǐng)日: 2023-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116614183A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣均;喻洋;劉娟;何月;田遙嶺;黃昆;周人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號(hào): H04B10/40
• 分類號(hào): H04B10/40;H04B10/90
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 劉媛筠

本發(fā)明公開(kāi)了一種太赫茲有源相控陣的射頻架構(gòu)，其核心組成包括系統(tǒng)幅相同步控制單元、中頻幅相控制單元陣列、本振移相通道單元陣列和太赫茲變頻單元陣列，其中系統(tǒng)幅相同步控制單元確保架構(gòu)各單元協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)；中頻幅相控制單元陣列將太赫茲收發(fā)陣列所需要的中頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)射和接收處理；太赫茲變頻單元陣列實(shí)現(xiàn)太赫茲信號(hào)的上下變頻切換；本振移相通道單元陣列為太赫茲變頻單元陣列提供本振。本發(fā)明提出了適用于太赫茲頻段的有源相控陣射頻架構(gòu)，該架構(gòu)避免了在太赫茲頻段使用衰減器和移相器，降低了損耗；提高了移相器的掃描精度，增強(qiáng)了相控陣的波束掃描功能；相比一般的相控陣，該架構(gòu)可以在高線性度和飽和狀態(tài)使用，符合通信和雷達(dá)雙用途。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲相控陣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太赫茲有源相控陣的射頻架構(gòu)。

背景技術(shù)

相控陣技術(shù)為一種利用相位補(bǔ)償或延時(shí)調(diào)節(jié)等方式對(duì)每一個(gè)陣元進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)一定規(guī)模陣列性能表現(xiàn)的技術(shù)，它可以分為接收相控陣和發(fā)射相控陣，但無(wú)論是接收相控陣還是發(fā)射相控陣，其總體架構(gòu)是類似的，工作原理可以總結(jié)為對(duì)按一定規(guī)律排列的基陣陣元的信號(hào)均加以適當(dāng)?shù)囊葡?或延時(shí))以獲得陣波束的偏轉(zhuǎn)，在不同方位上同時(shí)進(jìn)行相位(或延時(shí))補(bǔ)償，即可獲得多波束。

當(dāng)前相控陣技術(shù)主要集中在Ka及一下頻段，尤其在微波端廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的相控陣系統(tǒng)主要靠相控陣天線子系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)射頻的移相和波束形成功能，相控陣天線通過(guò)控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來(lái)改變方向圖的形狀，這種方式不僅能夠改變天線方向圖最大值的指向達(dá)到波束掃描的目的，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)天線方向圖最大值指向或其他參數(shù)的迅速變化。相控陣天線是現(xiàn)代相控陣系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其關(guān)鍵器件是移相器和天線輻射單元。

目前通信領(lǐng)域已逐步開(kāi)放Ka波段(20-40GHz)和Q波段(30-50GHz)，同時(shí)也在論證V(50-75GHz)波段；雷達(dá)領(lǐng)域也從X波段逐步發(fā)展到Ka、W乃至100GHz以上波段，特別是在民用汽車自動(dòng)駕駛、智能探測(cè)感知等領(lǐng)域?qū)?7GHz頻段需求很大，廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)推動(dòng)技術(shù)的研究必然隨之覆蓋更高頻段，預(yù)計(jì)在未來(lái)3年內(nèi)，E(60-90GHz)～W(75-110GHz)波段的毫米波射頻前端將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因此隨著技術(shù)發(fā)展，毫米波/太赫茲波段高頻段相控陣需求也將逐步顯現(xiàn)。然而現(xiàn)有的相控陣天線研究主要集中于L、S、C和X波段，基于相控陣天線的射頻架構(gòu)已經(jīng)不完全適用于高頻段的現(xiàn)狀和未來(lái)，亟需一種新的架構(gòu)去補(bǔ)充當(dāng)前相控陣系統(tǒng)的射頻架構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種太赫茲有源相控陣的射頻架構(gòu)，該架構(gòu)解決了隨著頻率提升，RF(射頻)移相器性能快速下降的問(wèn)題，在太赫茲頻段沒(méi)有移相器的情況下，構(gòu)建了一個(gè)可用的高精度的太赫茲相控陣射頻架構(gòu)。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種太赫茲有源相控陣的射頻架構(gòu)，所述架構(gòu)包括：基帶數(shù)字系統(tǒng)、中頻單元、微波單元和太赫茲單元；

所述基帶數(shù)字系統(tǒng)包括順序連接的基帶發(fā)射機(jī)、信號(hào)處理單元和基帶接收機(jī)，以及系統(tǒng)幅相同步控制單元；

所述中頻單元包括順序連接的中頻合成網(wǎng)絡(luò)、中頻收發(fā)器陣列和中頻幅相控制單元陣列；其中中頻收發(fā)器陣列中的中頻收發(fā)器和中頻幅相控制單元陣列中的中頻幅相控制單元一一對(duì)應(yīng)連接；

所述微波單元包括順序連接的頻綜單元和本振倍頻通道單元；

所述太赫茲單元包括順序連接的本振饋入網(wǎng)絡(luò)、本振移相通道單元陣列和太赫茲變頻單元陣列，其中本振移相通道單元陣列中的本振移相通道單元與太赫茲變頻單元陣列中的太赫茲變頻單元一一對(duì)應(yīng)連接；

所述基帶發(fā)射機(jī)和基帶接收機(jī)連接中頻合成網(wǎng)絡(luò)；

所述中頻幅相控制單元陣列中的頻幅相控制單元與太赫茲變頻單元陣列中的太赫茲變頻單元一一對(duì)應(yīng)連接；

所述本振倍頻通道單元連接本振饋入網(wǎng)絡(luò)；

所述系統(tǒng)幅相同步控制單元連接各個(gè)太赫茲變頻單元和中頻幅相控制單元。